Respirazione Aerobica vs Anaerobica: Comprendere l'Energia Cellulare

Esistono due tipi di respirazione cellulare: aerobica e anaerobica. La respirazione aerobica avviene solo in presenza di ossigeno. Quella anaerobica, detta anche fermentazione, avviene senza ossigeno. La respirazione cellulare è una serie di processi metabolici che creano energia come ATP (adenosina trifosfato). L'ATP è una forma efficiente di energia immagazzinata prontamente usabile dalle cellule. La respirazione aerobica genera più ATP: circa 36 molecole nei processi combinati (glicolisi, ciclo di Krebs, fosforilazione ossidativa).

Glicolisi

• Primo passo sia della respirazione aerobica che anaerobica. Avviene nel citosol. Può avvenire con o senza ossigeno. Non richiede O2 né ne è inibita. Parte da una molecola ad alta energia (zucchero, proteina, lipide) e la degrada a piruvato. Il piruvato è intermedio chiave per il passo successivo.
• La glicolisi produce anche 2 ATP netti, acqua, fosfato inorganico e 2 NADH. Il NADH (nicotinamide adenina dinucleotide) è coenzima usato nei passi successivi. Cruciale nelle reazioni redox della catena di trasporto elettroni.

Ciclo di Krebs

• Secondo passo della respirazione aerobica. Chiamato anche ciclo dell'acido citrico, serie di reazioni che produce 1 sola molecola ATP. Avviene nella matrice mitocondriale (organelli, centrali energetiche). Piruvato e NADH dalla glicolisi entrano nella matrice per diffusione facilitata. Il piruvato diventa acetil-CoA. Entra nel ciclo di Krebs convertito in acido citrico. Serie di reazioni produce più CO2, NADH e FADH2 (flavin adenina dinucleotide), altro coenzima importante per l'ultimo passo.

Fosforilazione Ossidativa

• Ultimo passo della respirazione aerobica. Ha tre parti importanti:
  1. Serie di proteine nella membrana mitocondriale interna. Prendono elettroni da NADH/FADH2 e li passano all'accettore finale. Gruppo chiamato ETC (catena trasporto elettroni).
  2. Mentre elettroni scorrono nella catena, protoni vengono pompati nello spazio intermembrana. L'alta concentrazione crea la forza proton-motrice.
  3. I protoni, spinti dalla forza proton-motrice, vogliono tornare nella matrice a bassa concentrazione. Non possono diffondere attraverso la membrana. Trovano passaggio attraverso una proteina speciale: ATP sintasi. L'energia dei protoni che attraversano l'ATP sintasi guida la creazione di ATP. L'ossigeno guida la fosforilazione ossidativa come accettore finale di elettroni nell'ETC.

Fermentazione

• Respirazione anaerobica, avviene senza ossigeno. Riduce il piruvato dalla glicolisi ad acido lattico o etanolo. Genera solo 2 ATP. Molti organismi la usano per produzione energetica. Lieviti, alcuni batteri anaerobi obbligati. Anche l'uomo la usa.
• I globuli rossi usano fermentazione per generare energia, permettendo trasporto O2 a tutti i tessuti senza consumarlo. Avviene anche in fibre muscolari scheletriche. ATP e O2 immagazzinati si esauriscono velocemente in cellula muscolare attiva. Queste cellule uniche continuano la respirazione senza O2. Si sente il risultato quando l'accumulo di acido lattico causa crampi. A riposo, il fegato converte l'acido lattico in glucosio.

Curiosità

• Conosci già i prodotti di scarto della respirazione cellulare, anche se non te ne rendi conto. Ogni espirazione rilascia anidride carbonica e acqua che, con ATP, sono i principali prodotti. I polmoni svolgono funzione importante nel metabolismo cellulare: forniscono superficie per scambio gassoso da cui le cellule dipendono per completare la respirazione. Se il corpo non elimina CO2, le cellule vengono avvelenate. Se le cellule non ricevono O2, le funzioni corporee collassano.